DOI: 10.1016/j.ensm.2021.04.017

构建本征可拉伸电极可以从根本上解决可拉伸储能器件组装工艺复杂、结构稳定性不足的问题。从实际需要出发，实现电化学性能、变形性能和消防安全性的协同提高是十分必要的。本文首次提出了一种基于弹性阻燃基体且具有均质结构的本征可拉伸装置。具体而言，通过使用一种导电弹性体构成了高性能可拉伸的不对称超级电容器，其中将聚（3,4-乙撑二氧噻吩）纳米纤维复合到氟橡胶（PEDOT NFs@FKM）中作为正极，以PDAA纳米粒子涂覆银纳米线/氟橡胶导电弹性基底（PDAA@Ag NWs/FKM）为负极，以静电纺丝制备的氟橡胶基多孔纤维膜（pFKM）为准固态电解质基底。由于采用了这种完全集成的设计，新开发的超级电容器具有很高的可拉伸性，并且可以同时提供高能量密度（当功率密度为0.0693W/cm3时为11.8mWh/cm3）。在50％拉伸比的300次拉伸循环中，该器件保持了良好的电化学性能。本工作中的这种完全集成构造概念有望扩展到可拉伸锂离子电池、可拉伸锂硫电池和其他系统。

图1.（a）PEDOT NFs合成机理示意图。（b）PEDOT NPs（条件：20mM SDS和40mM FeCl3）和（c）PEDOT NFs（条件：80mM SDS和40mM FeCl3）的FE-SEM图像。（d）PEDOT NFs和PEDOT NPs的电导率（σ）。（e）PEDOT NFs和PEDOT NPs的FTIR光谱。（f）PEDOT NFs和（g）PEDOT NPs的S2p XPS光谱。

图2.（a）PEDOT NFs@FKM本征可拉伸正极的形成示意图。（b）PEDOT NFs@FKM的FE-SEM图像。（c）30wt％PEDOT NFs@FKM在十个拉伸-恢复循环期间的应力-应变曲线，应变极限为50％（速度为10mm/min）。30wt％PEDOT NFs@FKM和30wt％PEDOT NPs@FKM的电阻测试：（d）平方电阻（Rs）与应变的关系，以及（e）在50％应变下，归一化平方电阻（R/R0）的变化与循环数（最多100个循环）的关系。在1M Et4NBF4-AN电解质中，三电极模式下30wt％PEDOT NFs@FKM的电化学性能（开路电压为0.27V）：（f）不同扫描速率下的CV曲线，（g）不同电流密度下的GCD曲线，（h）各种电流密度下的面积电容以及相对于Ag/Ag+，在0.27V下的奈奎斯特图（插图）。

图3.（a）PDAA@Ag NWs/FKM本征可拉伸负极的形成示意图。（b）分布在FKM中的Ag NWs的TEM图像。（c）Ag NWs/FKM可拉伸集电器在十次拉伸-恢复循环中的应力-应变曲线，应变极限为50％（速度为10mm/min）。Ag NWs/FKM可拉伸集电器的电阻测试：（d）平方电阻（Rs）与应变的关系，以及（e）应变为50％时归一化平方电阻（R/R0）的变化与循环数（最多100个循环）的关系。

图4.（a）准固态电解质pFKM膜的形成示意图。（b）pFKM和FKM薄膜的电解质吸收和离子电导率。（c）pFKM和FKM薄膜的应力-应变曲线。（d）pFKM薄膜在十个拉伸-恢复循环期间的应力-应变曲线，应变极限为50％（速度为10mm/min）。

图5.（a）组装PEDOT NFs@FKM//pFKM/Et4NBF4-AN//PDAA@Ag NWs/FKM（oSSC）的示意图。（b）正极和负极的充放电机理。（c）以三电极模式生长的PEDOT NFs@FKM正极和PDAA@Ag NWs/FKM负极在10mV/s下的CV曲线和（d）在1mA/cm2下的GCD曲线。

图6.oSSC在不同状态（初始状态（0％）和50％应变）下的电化学性能：（a）20mV/s时的CV曲线，（b）0.5mA/cm2时的GCD曲线，（c）面积电容与拉伸循环之间的关系，以及不同应变下的面积电容（插图）。oSSC在0％时的电化学性能：（d）Ragone图（提供文献中报道的其他先进柔性可拉伸超级电容器的Ragone图用于比较）和（e）在1mA/cm2的电流密度下的循环性能以及组装设备的数码照片（插图）。（f）在0％、50％应变以及在50％应变下进行300个拉伸循环后的奈奎斯特图。oSSC在不同状态下的横截面FE-SEM图像：（g）初始状态，（h）拉伸至50％，以及（i）300个拉伸循环后。